Бинарные соединения

Бинарными называются соединения, состоящие из двух элементов. Систематические названия бинарных соединений образуются следующим образом. Сначала указывается название элемента, расположенного в периодической таблице выше и правее, чем другой элемент. К этому названию добавляется суффикс «ид». Затем указывается название другого элемента. В случае ковалентных соединений к названиям одного или

обоих элементов добавляются приставки, указывающие численное соотношение между атомами этих элементов в соединении. Например,

В тех случаях, когда бинарное соединение содержит элемент, который может находиться в двух или нескольких состояниях окисления, после его названия в скобках римской цифрой указывается соответствующее состояние окисления. Например,

Для гидридов, особенно гидридов неметаллических элементов, чаще используются тривиальные названия (табл. 4.8).

Катионы

Катионам элементов, образующих только один устойчивый ион, присваивают те же названия, что и у соответствующего элемента. К таким элементам относятся все элементы I и II группы. Например,

Многие переходные -элементы образуют больше одного устойчивого катиона. В названиях таких ионов после элемента в скобках указывают римскими цифрами степень окисления иона (табл. 4.9).

Названия комплексных (многоатомных) катионов часто заканчиваются на -оний» (табл. 4.10).

Анионы

Простые (одноатомные) и комплексные (многоатомные) анионы имеют суффикс -ид (табл. 4.11).

Название наиболее распространенного оксоаниона конкретного элемента имеет суффикс -ам. Название оксоаниона того же элемента, в котором последний находится в более низком состоянии окисления, имеет суффикс -ит. Название иона элемента, находящегося в самом низком состоянии окисления, включает приставку гипо-, а название иона элемента, находящегося в самом высоком состоянии окисления, включает приставку пер-. Для обозначения серных аналогов оксоанионов используется приставка тио- (табл. 4.12).

В номенклатурной системе ASE названия оксоанионов иногда включают прямое указание степени окисления элемента вместо соответствующей приставки или суффикса либо наряду с ними. Примеры таких названий, приведенные в табл. 4.13, отнюдь не исчерпывают всех подобных случаев. В этой книге встречаются и другие примеры названий многоатомных анионов.

Таблица 4.8. Гидриды, имеющие тривиальные названия

Таблица 4.9. Названия катионов некоторых переходных элементов

Таблица 4.10. Названия некоторых многоатомных катионов

Таблица 4.11. Названия некоторых анионов

Таблица 4.12. Названия серусодержащих аналогов оксоанионов

Таблица 4.13. Названия многоатомных анионов

Комплексные ионы

Комплексный ион состоит из центрального атома, связанного с несколькими лигандами - другими атомами, ионами либо группами атомов.

Формулу комплексного иона заключают в квадратные скобки. Заряд такого иона указывают за правой скобкой. В скобках сначала указывают символ центрального атома. За ним следуют формулы анионных лигандов, а затем нейтральных лигандов, перечисляемых в алфавитном порядке их донорного атома (см. гл. 14). Многоатомные лиганды записывают в круглых скобках.

В названиях комплексных ионов сначала указывают лиганды. Их перечисляют в алфавитном порядке, не учитывая численных приставок. Название комплексного иона завершается названием металла с указанием соответствующей степени окисления (в скобках). В названиях комплексных катионов используются русские названия металлов (табл. 4.14.). В названиях комплексных анионов используются латинские названия металлов с суффиксом -ам.

В табл. 4.15 указаны названия и формулы некоторых наиболее распространенных лигандов, а в табл. 4.16 -названия комплексных анионов некоторых металлов.

Соли

Название соли образуется из названия аниона, за которым следует название катиона (табл. 4.17). В названиях кислых солей к аниону присоединяют приставку гидро-. Численные приставки используются только в названиях некоторых кислых солей. В названиях двойных солей катионы перечисляются в алфавитном порядке. В названиях основных солей анионы перечисляются в алфавитном порядке.

Названия гидратных солей образуются двумя способами. Если известно, что одна или несколько молекул воды координированы с центральным атомом комплексного иона, можно воспользоваться системой наименования комплексных ионов, описанной выше. Для более распространенных гидратных солей степень гидратации указывают численной приставкой к слову «гидрат». Например, называется пентагидрат сульфата меди (II).

Таблица 4.14. Названия комплексных ионов

Таблица 4.15. Названия лигандов в комплексных соединениях

Таблица 4.16. Названия комплексных анионов некоторых элементов

Таблица 4.17. Названия некоторых солей

Кислоты

Название кислоты определяется названием ее аниона (кислотного остатка). Суффиксы в названиях кислот образуются следующим образом:

В номенклатурной системе ASE в названия наименее распространенных оксокислот включают степень окисления центрального атома аниона (табл. 4.18).

Тиокислоты представляют собой серные аналоги оксокислот. Например,

Таблица 4.18. Названия некоторых кислот

Формулы ионных соединений

Формула ионного соединения указывает простейшее количественное соотношение между ионами в ионной решетке. Поскольку кристаллическая решетка в целом должна быть электрически нейтральной, формула ионного соединения должна учитывать эту нейтральность (табл. 4.19).

Таблица 4.19. Формулы ионных соединений

Валентность

При составлении формул ковалентных молекул и ионных соединений удобно пользоваться валентностями атомов, ионов или групп атомов. Валентность - это число электронов, используемых атомом при образовании химической связи. Валентность атома равна числу электронов, теряемых им при образовании катиона либо присоединяемых при образовании аниона. Валентность атома в ковалентной молекуле равна числу электронов, обобществляемых им при образовании связей с другими атомами.

Валентности всегда выражаются небольшими целыми числами. В табл. 4.20 указаны наиболее распространенные валентности элементов. Инертные газы, как, например, гелий, имеют нулевую валентность. В обычных условиях они не образуют

Таблица 4.20. Наиболее распространенные валентности некоторых элементов

соединений. Некоторые элементы, в частности переходные -металлы, могут иметь несколько разных валентностей (табл. 4.21). В табл. 4.22 приведены примеры, показывающие, как пользоваться валентностями для определения формул простейших соединений.

Иногда валентности имеют численные значения, совпадающие со степенями окисления, однако так бывает отнюдь не всегда. Например, углерод всегда имеет валентность 4, а его степень окисления может изменяться от —4 до +4. Поэтому в органической химии принято характеризовать углерод его валентностью, а не степенями окисления. В табл. 4.23 сопоставлены валентность и степени окисления углерода в пяти соединениях.

Таблица 4.21. Элементы, имеющие непостоянную валентность

Таблица 4.22. Использование валентностей для установления формул химических соединений

Таблица 4.23. Валентность и степень окисления углерода в некоторых соединениях

Нестехиометрические соединения

Большинство соединений являются стехиометрическими. Это означает, что соотношение между количеством атомов или ионов в соединении выражается простыми целыми числами. Однако некоторые соединения не характеризуются постоянными целочисленными отношениями атомов или ионов. Точное значение такого отношения может варьировать в зависимости от метода получения соединения. Приведем несколько примеров:

Такие соединения часто называют нестехиометрическими.

Нестехиометрия этих соединений обусловлена наличием дефектов в их кристаллических решетках. В некоторых случаях ионы одного элемента занимают положения в междоузлиях кристалла между другими ионами. В других случаях ионы одного элемента замещают ионы другого элемента в узлах кристаллической решетки. Это приводит к образованию ионных вакансий в решетке из-за необходимости сохранения электрической нейтральности кристалла.

Строго говоря, нестехиометрические соединения не являются соединениями, поскольку они не имеют постоянного состава. По этой причине вместо термина нестехиометрические соединения предпочтительнее пользоваться термином нестехиометрические кристаллы.

Бертоллиды

Нестехиометрические соединения иногда называют бертоллидами по имени Клода Луи Бертолле (1748 1822), который считал, что состав всех соединений меняется непрерывно в некоторых пределах. Это мнение окончательно опроверг Луи Жозеф Пруст (1755 1826), который в 1799 г. сформулировал закон постоянства состава.

Итак, повторим еще раз.

1. Чистые вещества подразделяются на два типа: простые вещества (элементы) и соединения.

2. Смеси подразделяются на гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные).

3. Все вещества состоят из частиц трех типов: атомов, молекул и ионов.

4. Основные количественные законы химии включают:

а) закон сохранения материи,

б) закон постоянства состава (закон постоянных отношений),

в) закон кратных отношений,

г) закон эквивалентных отношений.

5. Наиболее распространенные соединения часто имеют тривиальные (традиционные) и систематические названия.

6. Название всякого вещества должно быть однозначным.

7. Химическая формула указывает простейшее соотношение между количеством атомов разных элементов в молекуле, ионе или координационном кристалле.

8. Степень окисления элемента определяется числом атомов кислорода, с которым его атом связан в соединении.

9. Валентность - это число электронов, используемых атомом или ионом при образовании химической связи.